高性能混凝土的组成、结构课件.ppt

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1、第二章　高性能砼的组成、结构及其性能§2－1普通砼的组成和结构高性能混凝土在材料上与普通混凝土的重要区别是：使用高效减水剂、使用矿物细掺料和采用低水灰比。高性能混凝土的组成与结构还是以普通混凝土为基础的。一、研究砼内部结构的三个尺度常以粗观、细观和微观三个尺度研究混凝土内部结构。硬化的混凝土由水泥浆体（水泥石）、界面过渡区和集料三个重要环节组成，界面过渡区的性质对混凝土的性质起着决定性的作用。集料界面过渡区水泥浆体混凝土性质为什么过渡区性质起决定性作用：混凝土强度远低于骨料和硬化水

2、泥浆体的强度；混凝土的渗透性，即使在骨料非常致密的情况下，也要比相应的水泥浆体低一个数量级。混凝土微观结构研究的不同尺度和对象混凝土中的孔分为四类：无害孔孔径＜20nm；少害孔孔径为20～100nm；有害孔孔径为100～200nm；多害孔孔径＞200nm。二、硬化水泥浆体的微结构1、水泥的水化（1）硅酸盐水泥的矿物组成石灰石粘土铁矿粉磨细加热生成硅酸盐水泥熟料加3％生石膏磨细成水泥硅酸三钙3CaOSiO2(C3S)~50%硅酸二钙2CaOSiO2(C2S)~20%铝酸三钙3CaOAl2O3(C3

3、A)7~15%铁铝酸四钙4CaOAl2O3Fe2O3（C4AF)5~13%矿物组成（2）各矿物组成单独与水作用的特征名称C3SC2SC3AC4AF凝结硬化速度快慢最快快28天水化放热量大小最大中强度高早期低、后期高低低（4）水泥的水化①水泥加水后，C3S立即与水反应生成水化硅酸钙C－S－H②C2S的水化速度比C3S慢得多（数周后）③C3A极其迅速地与水反应（数分钟后）反应生成水化铝酸三钙，体积收缩，在未加石膏情况下，将引起瞬凝。④C4AF迅速与水反应（比C3A迟）⑤为调节水泥凝

4、结时间，加入二水石膏。它与生成的水化铝酸三钙反应生成水化硫铝酸钙，俗称钙钒石，体积膨胀1.5倍，它在水泥颗粒表面形成薄膜，致使水泥反应推迟，不出现瞬凝现象。水泥水化后的主要产物有水化硅酸钙、氢氧化钙、水化铝酸三钙、水化铁酸钙和水化硫铝酸钙，在完全反应的水泥石中水化硅酸钙体积约占50～60％，氢氧化钙约占20～25％。水化硫铝酸钙钙钒石2、硬化水泥浆体的组成充分水化的水泥浆体组成：水化硅酸钙C－S－H　~70%，比表面积非常大，纤维状。氢氧化钙Ca(OH2)~20%，六方板块，晶体。钙钒石　　

5、　　　　~7%，针状晶体。未水化熟料的残留物等杂质　~3%。3~4nm,气孔尺寸×10－60.01~1mm气孔尺寸×10－3硬化水泥浆体中的水有3种存在形式：①结晶水；②吸附水，存在于凝胶孔与毛细孔中；③自由水，存在于粗大的气孔中。3．水泥石微结构研究的主要结论①美国著名水泥化学家PowerTc,1960年提出：凝胶孔的孔径3-4nm，在凝胶中占28%的体积，且凝胶孔与凝胶水与水灰比和水化程度无关。水泥浆体的收缩与徐变主要受凝胶孔的影响（W/C大、水化程度大　　C－S－H的量大）。②Powe

6、rTC通过测定和计算得到（1960年，高效减水剂问世前）：完全水化的水泥结合水量占水泥质量的0.227（水灰比）；　　使水泥完全水化而无毛细孔时的水灰比0.379（水化的结合水＋凝胶孔中水）；　　　使水泥完全水化并具有最低毛细孔孔隙率的水灰比为0.437；　　　使混凝土具有可施工的流动性（无外加剂），水灰比为0.5。③硬化水泥浆体由水化物、未水化颗粒、水和毛细孔组成，而互相连同的毛细孔决定了硬化水泥浆体的渗透性和抗冻性。④水化程度大　　凝胶孔和凝胶水大；毛细孔及其吸附水小（凝胶填充）

7、。混凝土中水泥用量增大凝胶量增大　　　　　　　　　　水灰比大水化充分硬化后收缩、徐变增大所以用矿物细掺料取代部分水泥、降低水灰比可以减少收缩与徐变。体积水灰比为0.6的水泥浆体组分和水化程度的关系三、混凝土中的界面混凝土受荷载前水泥石和集料的界面就存在许多微裂缝,其形成的原因是：①水泥石和集料的弹性模量不同，当温度、湿度变化时，水泥石与集料变形不一致；②在混凝土硬化前，水分向亲水的集料表面迁移，在集料表面形成水膜，混凝土硬化后留下缝隙；③水泥浆体泌水也会在集料下表面形成水囊。

8、1、界面的过渡层从细观尺度上看，水泥石和集料的界面是一个有一定厚度的过渡层，其厚度为0～100μm。过渡层是由于水泥浆体中的水在向集料表面迁移的方向形成水灰比梯度而产生的。集料水泥石本体过渡层图3－10典型的混凝土界面过渡层2、界面过渡层的特性：从集料表面向水泥石本体，水灰比逐渐减小，直到等于水泥石本体的水灰比；由于水灰比的差别，离集料表面越近，结晶体水化物越容易生成，而且尺寸越大；六方薄片结晶的Ca(OH)2以层状平行于集料表面取向生长，越靠近集料表面取向程